全 文 ：植物乳杆菌在荸荠汁中的培养特性及其应用研究
刘鹏扬1，刘军义 2,*，罗佳 2
1（上海海洋大学 食品学院，上海，201306）
2（广西出入境检验检疫局检验检疫技术中心，广西 南宁，530021)
摘要：研究植物乳杆菌在荸荠汁中的培养特性并寻找一种利用荸荠淀粉废水生产乳酸菌剂的低碳环保工艺。
将植物乳杆菌分别接种于可溶性固形物含量为 0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、5.0%的荸荠汁中进行培养；接
种到用 NaOH 溶液调 pH 至 7.0、添加 2.0 % 的葡萄糖的培养液中再培养；接种到 121 ℃ ，15 min 热处理
后的荸荠汁中进行培养；接种荸荠汁分别置 30、15、4 ℃ 下培养，观察乳酸菌的培养特性；最后接种到荸
荠淀粉废水进行培养。结果表明：植物乳杆菌密度在可溶性固形物含量为 3.0 % 以下的荸荠汁中呈线性比
例增加，用碱中和后可增加 90%的菌密度，但加糖无效果；不经热处理的荸荠汁培养植物乳杆菌效果更好，
植物乳杆菌在低温下亦生长良好；荸荠淀粉废水直接培养植物乳杆菌可得到菌含量为 109 CFU/mL 的高浓
度乳酸菌剂，荸荠淀粉废水可直接被用于生产乳酸菌剂。
关键词：植物乳杆菌；荸荠汁；培养；荸荠淀粉废水
Study on the cultivation character and its application oflactobacillus in water chestnut
juice
LIU Peng-yang1,LIU Jun-yi2*,LUO Jia2
1(College of Food Science & Technology Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)
2(Technology Center of Guangxi Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureaue, Nanning 530021, China)
Abstract:Study on the cultivation character oflactobacillus in water chestnut juice and seek a low-carbon green
process of utilizing water chestnut starch waste water. Inoculatelactobacillus in water chestnut juice with different
solvable solid density of 0.5%,1.0%,2.0%,3.0%,5.0 % separately to culture, inoculatelactobacillus in the
fermented juice adjusted pH to 7.0 with NaOH and added with 2.0 % glucose to reculture, inoculate lactobacillus
in the hot-treated water chestnut juice with 121 ℃ 15 min, cultured in 30,15,4 ℃ separately, then to check the
cultivation character of lactobacillus. Finally, utilize the water chestnut starch waste water to culture lactobacillus.
Results: The density of lactobacillus showed a linear increase with the density of solvable solid density of water
chestnut. Alkali neutralization could get to a 90 % increase of the bacteria density, but no effect was observed with
the addition of glucose. It is better to using the non-hot treatment juice. The lactobacillus was able to grow well
even in a low temperature. A high density oflactobacilluswith 109CFU/mL was yielded by utilizing water chestnut
starch waste water to culture directly. The water chestnut starch waste water can be used to produce lactobacillus
preparation directly.
Key words:lactobacillusplantarum; water chestnut juice; culture; waste water

作者简介：刘鹏扬，大学本科，研究方向为食品资源应用。E-mail：550467974@qq.com
*通信作者：刘军义，博士，研究员，研究方向为微生物资源开发与利用。E-mail：ljy8463@163.com
基金项目：广西科技攻关计划(桂科攻 1598015-10)
收稿日期：2016-03-21，改回日期：2016-08-29

网络出版时间：2016-10-24 14:02:20
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1802.TS.20161024.1402.026.html
乳酸菌是一种益生菌，通常是指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌
的总称。凡是能从葡萄糖或乳糖的发酵过程中产生乳酸菌的细菌统称为乳酸菌，这是一群相当庞杂的
细菌，目前至少可分为 23 个属，共有 200 多种。乳酸菌的应用非常广泛，除了用于食品发酵外，近
年来还被广为用作微生态制剂的主要菌种，用于制作饲料添加剂、水质改良剂等乳酸菌剂，在健康养
殖产业中发挥着越来越重要的作用[1]。
植物乳杆菌是乳酸菌的一种，最适生长温度为 30~35℃,厌氧或兼性厌氧,菌种为直或弯的杆状，
单个、有时成对或成链状，最适 pH 6. 5 左右，属于同型发酵乳酸菌[2]。植物乳杆菌与人类的生活关系
密切，是一种常见于奶油、肉类及许多蔬菜发酵制品中的乳酸菌，能定植于肠道发挥有益作用。它对
肠道微生物菌群有重要影响，在食品发酵、工业乳酸发酵以及医疗保健等领域都具有很强的应用潜力。
植物乳杆菌剂的生产目前大多是以乳酸菌培养基或以此为基础改良的合成培养基来生产[3-4]，原
料及加工成本比较高，采用天然生物质原料（特别是废弃农副产品）是一个非常有价值的途径。中国
是荸荠之乡，荸荠深加工的一个重要途径是生产荸荠淀粉，荸荠淀粉加工后排放的汁水量很大，如能
加以利用，经济效益、社会效益都将十分巨大。本文以模拟加工条件下的荸荠汁为原料，研究了一种
乳酸菌-植物乳杆菌在其中的培养特性，并研究了荸荠淀粉汁水的低碳利用工艺。

1 材料与方法

1.1 材料
1.1.1 菌种
本试验采用两株不同来源的植物乳杆菌作为研究对象，一种为本实验室分离保存，标记为 L199，
另一株植物乳杆菌购自美国杜邦公司，型号为 Lactobacillus plantarum115，标记为 Lp115，其分离培
养基采用 MRS 培养基[5]。将上述菌种活化，接种至 MRS 液体培养基， 36 ℃ 培养 24 h ，获得菌种
培养母液。将培养母液经两次扩大培养后获得生产用培养液备用。
1.1.2 荸荠汁
模拟荸荠淀粉加工过程，参照周爱梅等人的方法[5]，制备荸荠汁，方法如下：荸荠→挑选→清洗
→沸水烫漂3 min→按1:1比例加dH2O均质→纱滤→离心(3000 g, 10 min)→取上清→测可溶性固形物。
可溶性固形物用手持式折光计直接读数测定，上述方法制得的荸荠汁，其可溶性固形物为 5.0 % 。再
取一部分该荸荠汁，加入一定量的纯净水，分别制得可溶性固形物为 0.5 % 、1.0 % 、2.0 % 、3.0 %
的荸荠汁。
1.1.3 现场加工荸荠汁
荸荠淀粉加工工艺如下：荸荠→清洗→均质→浆渣分离（2 次）→流槽沉淀→得湿淀粉，上清排
放。排放的上清即为现场加工荸荠汁，根据原料来源不同和加工过程的控制不同，其可溶性固形物的
范围在 1.0 % ~2.0 % 。
1.2 方法
1.2.1 植物乳杆菌在不同浓度荸荠汁中的培养试验
按10 % 的量，将上述两个菌种生产用培养液分别接种至可溶性固形物含量为0.5 % 、1.0 % 、2.0 % 、
3.0 % 和 5.0 % 的荸荠汁中，分别编号为 L199-1#、-2#、-3#、-4#、-5#，Lp115-1’#、-2’#、-3’#、-4’#、
-5’#，于 36 ℃ 培养 24 h，随即进行乳酸菌检验，乳酸菌含量按 GB 4789.35-2010[6]方法进行计数及鉴
定。
1.2.2 植物乳杆菌在加入碱溶液、加糖分处理的荸荠汁培养液中的再培养试验
将上述两个菌种生产用培养液接种于可溶性固形物含量为 1.0 % 的荸荠汁（基于 1.0 % 的荸荠汁
已能较好的培养出较高活力乳酸菌，与使用 2.0 % 、3.0 % 和 5.0 % 的荸荠汁相比更低碳、环保），于
36 ℃ 培养 24 h 后，分别加入碱溶液、加糖分作为不同处理组。加碱溶液处理的方法为：用 1MNaOH
调 pH 至 7.0，置 36 ℃ 再培养 24 h；加糖分处理方法：直接添加 2.0%的葡萄糖（无需调节 pH 值），
置 36℃再培养 24 h。同时设置无任何处理的对照组，分别编号为 L199-6#、-7#、-8#和 Lp115-6’#、-7’#、
-8’#。以上样品试验前后均按 GB/T 5009.8—2008 方法[7]进行总糖含量测定。
1.2.3 植物乳杆菌在热处理的荸荠汁中的培养试验
可溶性固形物含量为 1.0%的荸荠汁，121℃，15 min 处理，然后接种上述 2 个菌种生产用培养液，
于 36℃培养 24 h，同时分别设置不处理组作为对照(L199-9#和 Lp115-9’#)。培养后，按照 GB 4789.35
—2010[6]方法进行乳酸菌计数及鉴定。
1.2.4 植物乳杆菌在不同温度下的培养试验
接 L199 菌种培养液按 10%的量接种于可溶性固形物含量为 2.0%的荸荠汁中，分别置 30、15、4℃
下进行培养，分别编号为 L199-9#、-10#、-11#和 Lp115-9’#、-10’#、-11’#，分别测定各组 pH 值，待
pH 值降至 4.0 以下时，测定各组乳酸菌含量。
1.2.5 现场加工荸荠汁培养植物乳杆菌的应用试验
本文中所述现场加工荸荠汁目前被当作加工废水排放，将该荸荠汁应用于植物乳杆菌高效培养，
设计低碳工艺流程如下：选取植物乳杆菌 L199 为例，取培养液 1 000 mL→接种到 9000 mL 废水→自
然环境条件下密封培养 24 h→接种到 90 L 废水→自然环境条件下密封培养 24 h→对乳酸菌进行检验
及鉴定。

2 结果与分析

2.1 植物乳杆菌在不同浓度荸荠汁中的培养结果
将两种不同来源的植物乳杆菌 L199 和 Lp115 接种于不同可溶性固形物含量的荸荠汁中，36 ℃
培养 24 h 后，按照 GB 4789.35—2010 中乳酸菌的检验及鉴定方法对荸荠汁中的乳酸菌进行了计数和
镜检鉴定，各组在选择性 MRS 培养基上的计数结果如表 1 所示，经镜检观察，各组均只观察到短杆
状、无芽胞、革兰氏阳性菌，未见其他形态乳酸菌，根据 GB 4789.35—2010 的判定依据鉴定为植物
乳杆菌。
表 1 植物乳杆菌 L199 和 Lp115 在不同浓度荸荠汁中的培养结果
Table 1Results of culture of Lactobacillus L199 and Lp115 in different concentrations of water chestnut juice
试验编号 样品 乳酸菌计数/(CFU•mL-1) 乳酸菌计数对数
L199-1#
可溶性固形物为 0.5%的荸荠汁
2.5×108 8.18
Lp115-1’# 1.9×108 8.03
L199-2# 可溶性固形物为 1.0%的荸荠汁 5.1×108 8.71
Lp115-2’# 3.0×108 8.25
L199-3#
可溶性固形物为 2.0%的荸荠汁
1.0×109 9.00
Lp115-3’# 6.2×108 8.81
L199-4#
可溶性固形物为 3.0%的荸荠汁
2.9×109 9.46
Lp115-4’# 1.7×109 9.05
Lp115-5#
可溶性固形物为 5.0%的荸荠汁
3.0×109 9.48
Lp115-5’# 2.0×109 9.12
从表 1 中可以看出，当可溶性固形物浓度在 3.0%以下时，随着荸荠汁可溶性固形物浓度的增加，
接种 L199 和 Lp115 培养液培养后的乳酸菌含量也呈一定比例增加，其中，接种 L199 培养液的试验
组表现出良好的线性关系，经计算得出其相关系数 R2=0.996。但当可溶性固形物浓度超过 3.0%时，
两种乳酸菌含量均趋于稳定，乳酸菌计数量分别为 3.0×109 CFU/mL 和 2.0×109 CFU/mL。
2.2 植物乳杆菌在加碱溶液、加糖分处理后的荸荠汁培养液中的再培养结果
试验原始样品为可溶性固形物为 1.0%的荸荠汁接种 L199 和 Lp115 培养 24 h 后的培养物，经加
碱溶液调 pH 至中性和加糖分后，再培养 24 h，其结果如表 2 所示。
表 2L199 在加碱、加糖处理后荸荠汁培养液中的再培养结果
Table 2Results of the re-culture medium of water chestnut juice after adding alkali and sugar treatment
从表中可以看出，当未接种植物乳杆菌时，可溶性固形物为 1.0 % 的荸荠汁中的总糖为
0.79 g /100g，经 24 h 培养后，分别迅速降为 0.08 g/100g 和 0.12 g /100g，培养 48 h 后，总糖含量分别
为 0.05 g /100 g 和 0.07 g /100g，乳酸菌计数分别为 4.9×108CFU/mL 和 4.4×108 CFU/mL；在作不同处
理前，24 h 培养液的总糖含量分别为 0.08 g /100g 和 0.12 g /100g，而当用 NaOH 将 24 h 培养液 pH 值
调整至 7.0 后再培养时，乳酸菌的计数达到了 9.3×108CFU/mL 和 8.7×108 CFU/mL，同比分别增加了
90%和 100%。而添加葡萄糖处理后，虽然其总糖含量分别增加到 2.10 g/100g 和 2.47 g/100g，培养液
中的乳酸菌计数分别为 5.0×108 CUF/mL 和 4.7×108 CFU/mL，与处理前含量相比，增长量并不大，处
理效果与加碱溶液处理组相比差很多，因此，通过加碱溶液调节 pH 值的方法可大幅增加培养液中的
乳酸菌含量。
2.3 植物乳杆菌在热处理后荸荠汁中的培养结果
试验编号 处理
培养前总糖含量
/[g•(100g)-1]
处理前总糖含量
/[g•(100g)-1]
培养 48h 后乳酸菌计数
/(CFU•mL-1)
培养 48h 后总糖含量
/[g•(100g)-1]
L199-6# 培养 24 h 后加入 NaOH 调
pH 至 7.0，继续培养 24 h
0.79
0.08 9.3×108 0.05
Lp115-6’# 0.12 8.7×108 0.08
L199-7# 培养 24 h 后加入 2.0%葡萄
糖，继续培养 24 h
0.08 5.0×108 2.10
Lp115-7’# 0.12 4.7×108 2.47
L199-8# 培养 24 h 后不作任何处理,
继续培养 24 h
0.08 4.9×108 0.05
Lp115-8’# 0.12 4.4×108 0.07
选取可溶性固形物含量为 1.0 % 的荸荠汁，经 121 ℃ ，15 min 处理后，接种 L199 和 Lp115 植物
乳杆菌，24 h 培养后分别进行镜检，镜检结果为仅观察到短杆状的乳酸菌，即植物乳杆菌，乳酸菌计
数结果为 2.5×108 CFU/mL 和 2.0×108 CFU/mL，与未经热处理的荸荠汁培养液相比(L199-9#和
Lp115-9’#)，含量只有未经热处理组的 50%和 48%。可见，荸荠汁不经热处理，直接接种植物乳杆菌
L199 更为经济、有效，这对实施低碳工艺非常有利。
2.4 植物乳杆菌在不同温度下的培养结果
两种植物乳杆菌接种于可溶性固形物含量为 1.0 % 的荸荠汁中，于 30 、15 、4 ℃ 下培养后，结
果如表 3 所示。表中乳酸菌的计数是在培养液 pH 值低于 4.0 时的当天测得。
表 3L199 在不同温度下的培养结果
Table 3Results of culture L199 at different temperatures
试验编号 培养温度 初始 pH 24 h 后 pH 48 h 后 pH 6 d 后 pH 乳酸菌计数/(CFU•mL-1)
L199-9#
30℃ 7.0
4.0 3.5 3.5 4.7×108
Lp115-9’# 4.4 3.7 3.5 4.3×108
L199-10#
15℃ 7.0
5.0 4.0 3.5 4.5×108
Lp115-10’# 5.2 4.5 4.5 3.8×108
L199-11#
4℃ 7.0
6.5 6.0 4.0 3.4×108
Lp115-11’# 6.8 6.7 6.0 3.1×108
从表中可以看出，在 30℃培养条件下，24 h 内，两植物乳杆菌荸荠汁培养液 pH 值就分别降到了
4.0 和 4.4，乳酸菌计数达到 4.7×108CFU/mL 和 4.3×108 CFU/mL，当在 15℃时，乳酸菌生长速度也比
较快，48 h 内 pH 值也分别降到了 4.0 和 4.5，乳酸菌计数达到 4.5×108CFU/mL 和 3.8×108 CFU/mL。
在 4 ℃ 条件下，则 6 d 后培养成熟，乳酸菌计数可分别达 3.4×108CFU/mL 和 3.1×108 CFU/mL。荸荠
收获的季节在冬天，自然环境气温比较低，所以设计本试验的目的在于考证所使用的菌种是否可以在
低温下生长，从而避免通常发酵培养所需要的保温措施，同时减少发酵容器的周转，达到节省能源和
资源的双重目的。结果表明，本菌可以在 15 ℃ 下快速生长，在 4 ℃ 低温下也可持续生长，具有较
好的实际应用价值。
2.5L199 在现场加工荸荠汁中的应用结果
2013 年 1 月 19 日和 2013 年 2 月 1 日先后到广西平乐某公司进行现场试验，当时气温分别为 19℃
和 17℃，现场加工荸荠汁（荸荠废水）的可溶性固形物分别为 1 % 和 2 % ，经试验培养后，获得两
批乳酸菌剂，乳酸菌的检测结果分别为 4.3×108CFU/mL 和 1.0×109CFU/mL。可见试验设计的低碳工
艺比较成功。
3 讨论
本文研究了植物乳杆菌 L199 在荸荠汁中的培养特性，发现当荸荠汁的可溶性固形物浓度在 3 %
以下时，L199 的培养浓度与可溶性固形物浓度呈直线正比例关系；L199 在较低温度如 15 ℃ 下也可
快速繁殖，用未经热处理的荸荠汁作为培养液更有利于植物乳杆菌的增殖，这可能与热处理后某些活
性物质与促生长因子的被破坏有关。然而，在实际应用中，用未经热处理荸荠汁作为乳酸菌培养液较
适用于饲料生产（无需灭菌），而在食品领域则不宜采用，因此本文未进一步探讨。利用这些特性设
计了 L199 利用现场荸荠加工汁即荸荠淀粉废水的低碳工艺，结果获得了乳酸菌数分别为
4.3×108CFU/mL 和 1.0×109CFU/mL 的两批乳酸菌剂。实践证明，该工艺简单实用，低碳环保，且所
用原料低廉易得，应用前景广阔。
乳酸菌的生长需要复杂的营养条件，荸荠汁在不需要添加任何外源因子的条件下就可培养出高活
力的乳酸菌，说明荸荠汁的营养丰富又全面。但试验发现当荸荠汁的可溶性固形物浓度超过 3%时，
菌的密度并不增加，这应当是由于酸抑制的结果，所以当培养 24 h 后，即使再添加 2%的葡萄糖也没
有增加乳酸菌的密度。碱中和可以增加 90%的菌量，但这不能理解为仅仅是解除了酸的限制作用，因
为本试验中，碱中和时，残糖量非常低，只有 0.08 g/100g，所以碱的作用除了中和乳酸，解除生长抑
制外，可能还有碱水解淀粉后释放出纤维素、果胶等营养物质中释放出的碳源、氮源的作用，该论点
仍需要进一步试验加以确证。虽然碱中和的作用得到了认同和应用[8]，但其作用机理还有待于进一步
探讨。在最后设计低碳工艺时，并没有采用碱中和这一步，是为了操作更简便，同时为了减少杂菌的
污染。

参考文献

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